[发明专利]甲烷化同时反硝化处理低碳氮比废水的反应器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业废水处理技术领域，尤其涉及的是甲烷化同时反硝化处理低碳氮比废水的反应器及方法。该反应器能同时实现厌氧甲烷化和反硝化。

背景技术

UASB(升流式厌氧污泥床，Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket的英文缩写，以下简称UASB)由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，沉淀性能和凝聚性能良好的污泥在下部形成污泥床。要处理的废水从厌氧污泥床底部流入与污泥床中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解废水中的有机物转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，废水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。即该UASB能将废水中有机物去除并转换为沼气。

废水处理过程中反硝化反应是NO₃^--N在反硝化菌的作用下转化为氮气N₂从水中逸出。大多数反硝化细菌是异养型兼性厌氧细菌，反硝化过程需大量电子供体，反硝化阶段以NO₃^--N为电子受体，有机物作为电子供体，电子供体通常来源于外部碳源，研究表明甲醇、乙酸等小分子不易发酵有机物较易被反硝化菌利用，反硝化能力与可用碳源的量有关，即C/N比。

在同时存在硝酸盐和有机物的厌氧体系内，复杂易发酵有机物能被水解产酸菌转化为有机酸和醇类，产氢产乙酸菌能将丙酸、丁酸等有机酸和醇类转化为乙酸、H₂和CO₂。反硝化菌能以上述各种有机物为碳源还原硝态氮。产甲烷菌则主要以乙酸、H₂和CO₂为底物产甲烷。传统理论认为，NO₃^--N的存在会导致反硝化菌和产甲烷菌的竞争，进而对甲烷化产生抑制。反硝化菌对产甲烷菌的抑制作用表现为三个方面：①在对碳源底物的竞争中反硝化菌群占据优势；②反硝化过程导致厌氧体系内氧化还原电位升高，不利于产甲烷菌生长；③反硝化反应中间产物对产甲烷菌群产生毒害作用。

因此现有的UASB存在不能同时去除废水中有机物和氮素的缺点，即不能在UASB单一反应器中同时发生反硝化和甲烷化反应。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种甲烷化同时反硝化处理低碳氮比废水的反应器及方法。通过适当的调控手段，投加特定碳源，控制不同阶段内不同的C/N值，可在单一反应器中同时实现反硝化和产甲烷反应。

本发明是通过以下技术方案实现的：

甲烷化同时反硝化处理低碳氮比废水的反应器，包括作为反应器主体的筒体、及位于所述筒体上方的三相分离器，所述筒体外部设有温控装置，所述筒体内为筒体空腔，所述筒体空腔为污泥反应区，所述污泥反应区下部设有厌氧污泥床，所述筒体底部设有进水口，所述进水口通过进水管连接到原水箱，所述进水管上设有进水泵，所述三相分离器包括外筒和内筒两层筒体，所述内筒位于外筒内，所述外筒和内筒底部均开口，所述外筒底部分为相连的上段和下段，所述外筒底部上段向内收缩，所述外筒底部下段向外扩张并形成一级挡板，所述内筒的下部向外扩张形成二级挡板，所述外筒的上段和下段伸入所述筒体空腔内，所述三相分离器内分为气室区、气体缓释区、沉淀区和回流区四个区域，所述外筒内上部位于内筒上方的区域为气室区，所述内筒内上部的区域为气室缓释区，所述外筒底部上段围成的区域为沉淀区，所述内筒和外筒之间的间隙区域为回流区，所述外筒上在位于回流区上部位置一周上设有周边出水堰，所述周边出水堰外连接出水口，所述外筒顶部密封且在位于气室区上方的位置处设置有气体出气口。

作为上述反应器的优选实施方式，所述筒体空腔内在厌氧污泥床与所述进水口之间设置有均匀分布废水的布水器。

作为上述反应器的优选实施方式，所述温控装置为恒温水浴装置，所述恒温水浴装置设置于所述筒体外围。

作为上述反应器的优选实施方式，所述筒体上部设有温度计，所述温度计伸入筒体空腔内。